DPA calculations for proton and heavy ion incident reactions in wide-energy region using the PHITS code

PHITSコードを用いた広いエネルギー領域における陽子及び重イオン入射反応によるDPA計算

岩元 洋介   ; 仁井田 浩二*; 沢井 友次; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

Iwamoto, Yosuke; Niita, Koji*; Sawai, Tomotsugu; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

「原子あたりのはじき出し数(DPA)」の関数で評価される放射線損傷は、大強度ビーム、特に重イオンに関して重要な課題の一つである。最近、われわれは粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに含まれるDPA計算モデルにおいて輸送荷電粒子のクーロン弾性散乱からの寄与を含むように拡張した。核子あたり130MeVのGe入射による184Wの深さ方向のDPAに関して、拡張後のPHITSと2次元損傷計算で一般に使用されるTRIMコードによる計算結果とを比較したところよく一致した。拡張前のクーロン弾性散乱を含まないPHITSの結果は、これらの結果の約1/100程度であり、重イオンに対してクーロン弾性散乱からの寄与が無視できないことがわかった。また100MeVを超える陽子入射によるタングステンでは、核反応により生成する二次粒子のDPAへの寄与が顕著となることがわかり、高エネルギー陽子入射反応においても、本研究により改良したPHITSコードは核反応を取り扱えないTRIMコードよりもDPA導出に関して信頼できるコードであることがわかった。

The DPA (Displacement per Atom) model in the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) has recently been developed using Coulomb scattering to evaluate the energy of target PKA's created by the projectile and the secondary from nuclear reactions. We compared PHITS results for the 130 MeV/u Ge and proton into W reactions with calculated results of TRIM, which is widely used but does not include nuclear reactions. PHITS gives good agreements with TRIM results for DPA values by PKA's created directly by the projectile such as Ge and proton. On the other hands, for the proton incident reaction, PKA's created by the secondary particles is more dominant than PKA's by the projectile itself in DPA calculations. Therefore, TRIM leads to sever underestimation where projectile energy is high enough to create nuclear reactions. PHITS is more reliable code than TRIM for DPA calculations, especially in the high-energy region and proton incidence.